易 冉

0 引言

氧化鋅避雷器（以下簡稱MOA）是當(dāng)今最為先進(jìn)的限制過電壓的保護(hù)電器，它具有非線性特性好、通流容量大、放電無延遲、無工頻續(xù)流等諸多優(yōu)點(diǎn)［1］，因而被廣泛用于各個(gè)電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)中，以保護(hù)電氣設(shè)備免受過電壓的損害。

隨著MOA在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，其本身的故障已成為影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)重要因素［2］，在電力系統(tǒng)中，常用預(yù)防性試驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的缺陷，因而非常有必要對(duì)MOA的預(yù)防性試驗(yàn)方法及其常見故障原因作相關(guān)討論。

1 氧化鋅避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)

MOA閥片的絕緣性能在水分、污穢等因素的影響下會(huì)慢慢下降，當(dāng)它的絕緣性能劣化到一定程度時(shí)，MOA在運(yùn)行電壓下工作就可能被擊穿損壞乃至發(fā)生爆炸［3］。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的隱患，預(yù)防發(fā)生事故或設(shè)備損壞，在電力系統(tǒng)中需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)或者監(jiān)測，這些試驗(yàn)或者監(jiān)測被稱為預(yù)防性試驗(yàn)。下面就預(yù)試中較多發(fā)現(xiàn)MOA本體故障的幾類試驗(yàn)一一進(jìn)行討論。

1.1 運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流測量

在運(yùn)行電壓下，通過MOA的閥片的電流可以分為電容電流Ic與電阻電流Ir，兩者之和稱為全泄漏電流Ix。當(dāng)MOA的絕緣性能降低時(shí)，通過閥片的全泄漏電流及阻性電流隨之有不同程度的增大，因此，可以通過對(duì)MOA全泄漏電流或阻性電流的監(jiān)測來判斷MOA的運(yùn)行狀況。

（1）全泄漏電流的測量。當(dāng)MOA本身出現(xiàn)較大故障或者閥片劣化較為嚴(yán)重時(shí)，全泄漏電流有一個(gè)較大的增加，此時(shí)可用全泄漏電流作為MOA運(yùn)行狀況的重要參考；若MOA的閥片受潮程度相對(duì)較低或處于老化早期時(shí)，阻性電流分量雖然有較大增加，但由于其在全電流中所占比例較?。ㄕＧ闆r下僅占10%～20%），全電流往往不會(huì)有較大增加，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確判斷MOA的劣化狀態(tài)［4］，在電力系統(tǒng)中常使用專用儀器并接在MOA放電計(jì)數(shù)器上來測量MOA的全泄漏電流。

（2）阻性電流的測量。MOA的閥片在水分、熱等因素的影響下絕緣性能會(huì)下降，此時(shí)通過MOA閥片的阻性電流會(huì)大大增加［5］。從1.1（1）中得知，若MOA的閥片受潮程度相對(duì)較低或處于老化早期時(shí)，全電流往往不會(huì)有較大增加，無法根據(jù)全電流的大小來準(zhǔn)確判斷此時(shí)MOA的工作狀況，所以有必要對(duì)其阻性電流進(jìn)行測量。而測量阻性電流分量，一般可采用電容電流補(bǔ)償法或諧波電流法。MOA運(yùn)行電壓下的泄漏電流測試屬于帶電測試，其測試數(shù)據(jù)容易受到周圍強(qiáng)電場等因素的干擾，所以在實(shí)際的測試中，通常結(jié)合全泄漏電流、阻性電流等各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)來綜合分析判定MOA的實(shí)際運(yùn)行狀況。

1.2 直流1 mA時(shí)的臨界動(dòng)作電壓U1mA測量

在電力系統(tǒng)中，將MOA的泄漏電流達(dá)到1 mA時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱之為起始動(dòng)作電壓，用U1mA表示，對(duì)此參數(shù)進(jìn)行測量，主要目的是為了確定MOA的動(dòng)作性是否滿足要求，內(nèi)部閥片是否受潮。測試時(shí)為了防止表面泄漏電流對(duì)測試結(jié)果的影響，測試前應(yīng)將MOA的外護(hù)套擦拭干凈。

1.3 0.75U1mA下的泄漏電流測量

由于0.75U1mA直流電壓值一般比最大工作相電壓的峰值要高一些，因此，測試此電壓下的泄漏電流主要是為了檢查MOA的長期允許工作電流是否符合規(guī)定，測試時(shí)先測試出U1mA，然后再在0.75U1mA下讀取相應(yīng)的泄漏電流值。

1.4 絕緣電阻測試

測得的MOA閥片的絕緣電阻值可以有效地反映其內(nèi)部閥片是否受潮、瓷套是否有裂紋或者是否有硅橡膠的損傷。此項(xiàng)試驗(yàn)采用2500V或以上兆歐表，搖測MOA兩極的絕緣電阻1min，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)束后用接地線對(duì)MOA兩極充分放電。

2 氧化鋅避雷器常見的故障原因分析及預(yù)防措施

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致MOA發(fā)生故障的原因主要有2類：一類為內(nèi)部受潮，一類為閥片老化。下面做具體分析。

2.1 受潮

內(nèi)部受潮是造成MOA發(fā)生故障的主要原因，而MOA發(fā)生受潮的主要原因有以下幾點(diǎn)［1，6］：（1）密封設(shè)計(jì)存在缺陷。MOA制造廠家的密封設(shè)計(jì)有缺陷，導(dǎo)致潮氣進(jìn)入到MOA內(nèi)部。（2）裝配時(shí)工藝要求不嚴(yán)。MOA的組裝時(shí)環(huán)境濕度太大，或經(jīng)過長途運(yùn)輸后附有潮氣的MOA絕緣件（如絕緣筒）未經(jīng)干燥處理或處理不徹底就轉(zhuǎn)入瓷套，導(dǎo)致潮氣進(jìn)入到MOA內(nèi)部。（3）運(yùn)行中密封材料老化。生產(chǎn)廠家所使用的密封材料抗老化性能較差，在產(chǎn)品的壽命后期或者溫度變化較大時(shí)，密封性能發(fā)生不同程度的失效，導(dǎo)致潮氣進(jìn)入到MOA內(nèi)部。當(dāng)MOA內(nèi)部受潮后，內(nèi)絕緣性能下降，容易發(fā)生沿受潮的內(nèi)壁滑閃或沿避雷器電阻片軸向閃絡(luò)，引起局部發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致線路對(duì)地短路甚至MOA的爆炸。2010年4月21日，珠海供電局的高壓試驗(yàn)人員在對(duì)其所屬110 kV嘉華變電站的10 kVⅠ段母線51PT間隔MOA（制造廠家：西安神電）進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：該間隔三相MOA的絕緣電阻較低，且U1mA數(shù)值相比出廠試驗(yàn)時(shí)有所降低，0.75U1mA下的線路電流數(shù)值則已超過《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

此三相MOA為2009年6月16日交接使用，試驗(yàn)日期為2010年4月28日，運(yùn)行時(shí)間未滿一年，由于運(yùn)行中的老化導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)值超標(biāo)的可能性較小。對(duì)MOA解體發(fā)現(xiàn)，MOA內(nèi)壁有細(xì)微水珠，避雷器上端蓋內(nèi)部有銹蝕痕跡。經(jīng)分析認(rèn)為此缺陷是避雷器上方端蓋密封不嚴(yán)，導(dǎo)致水分進(jìn)入避雷器內(nèi)部導(dǎo)致閥片受潮所致。

表1 51PT間隔避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 老化

電力部門多年的試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，除去MOA本身的制造質(zhì)量問題，環(huán)境濕熱以及外護(hù)套表面污穢是加速M(fèi)OA老化的主要原因［7］。對(duì)于高壓MOA來說，在潮濕高溫和表面污穢的雙重作用下，MOA閥片的電位分布極不均勻，在靠近上法蘭處，閥片承受電壓較高，通過的電流較大，甚至可以比正常通過的電流大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，造成了閥片的額外溫升，從而使局部閥片首先老化，局部閥片的老化使得通過MOA的參考電壓下降，通過的電流增加，整體溫度隨之上升，形成惡性循環(huán)，MOA的整體性能下降。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過MOA本身工頻電壓耐受特性時(shí)，就可能導(dǎo)致MOA的損壞。

2.3 預(yù)防氧化鋅避雷器發(fā)生故障的措施

（1）選擇質(zhì)量較好的產(chǎn)品。應(yīng)選擇有先進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)及制造工藝的生產(chǎn)廠家，選擇的產(chǎn)品應(yīng)該有多年穩(wěn)定運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，這樣才能保證所選用的MOA具有較高的抗老化性能，使產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)可穩(wěn)定運(yùn)行。（2）選用先進(jìn)的裝配工藝。選用較先進(jìn)的裝配工藝，對(duì)將要裝配的設(shè)備各組件要進(jìn)行徹底的防潮處理，防止因?yàn)檠b配問題導(dǎo)致潮氣進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。（3）注意MOA的防污。對(duì)MOA外護(hù)套的污穢定期進(jìn)行清理或者在外表面涂上防污材料。（4）建立起MOA的缺陷技術(shù)檔案。對(duì)發(fā)生缺陷的MOA建立獨(dú)立的技術(shù)檔案，包括交接試驗(yàn)報(bào)告、定期試驗(yàn)報(bào)告、在線監(jiān)測裝置的運(yùn)行記錄、檢測出故障的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、故障原因分析、故障部位圖片、事故現(xiàn)場圖片等，便于對(duì)發(fā)生缺陷或事故的原因進(jìn)行綜合分析，做好預(yù)防措施。

3 結(jié)論

（1）氧化鋅避雷器本身的故障已經(jīng)成為了影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的一個(gè)重要因素，而造成避雷器故障的原因主要為受潮和老化。（2）可以通過選擇質(zhì)量較好的產(chǎn)品、采用先進(jìn)的裝配工藝、對(duì)避雷器進(jìn)行防污處理、建立起避雷器的缺陷技術(shù)檔案等技術(shù)或管理手段來減少避雷器故障的發(fā)生。（3）電力系統(tǒng)中對(duì)氧化鋅避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中氧化鋅避雷器缺陷、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

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